El documento describe los principios y procedimientos para la limpieza eficiente del agujero de perforación. Explica que la limpieza ineficiente puede causar problemas como una vida más corta de la barrena y una velocidad de perforación más lenta. También puede causar rellenos en el fondo del agujero, puentes en el espacio anular y fracturas en formaciones débiles. La limpieza eficiente requiere proporcionar suficiente velocidad de circulación y las propiedades deseables del fluido de perforación.

1. Limpieza del Hoyo
IPM
Schlumberger
Private
TEORÍA Y PROCEDIMIENTOS
PARA LIMPIEZA DEL AGUJERO
Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores

2. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
1. Los problemas relacionados con la limpieza ineficiente del
agujero incluyen:
1. Disminución de la vida de la barrena
2. Velocidad de penetración más lenta que resulta de
volver a moler los recortes ya perforados.
2. Rellenos del hoyo cerca del fondo del agujero durante los
viajes cuando la bomba de lodo está apagada.
3. Formación de puentes en el espacio anular lo que puede
conducir a pegamientos de la sarta.
Problemas yS
íntomas de Limpieza del Agujero

3. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Los problemas relacionados con la limpieza ineficiente del
agujero incluyen:
4. Aumento en la densidad del espacio anular y, a su vez, en la
presión hidrostática del lodo en el anular. Este incremento
de la presión hidrostática del lodo puede causar la fractura
de una formación débil expuesta, lo que da por resultado
pérdida de circulación.
5. En la práctica, la limpieza eficiente del agujero se obtiene
proporcionando suficiente velocidad de circulación al lodo de
perforación en el anular y las propiedades deseables del
fluido.
Problemas yS
íntomas de Limpieza del Agujero

4. Schlumberger
Private
Puesto que no se está
acelerando, la suma
de las fuerzas es igual
a cero
Velocidadde caída de unapartícula sólidaenunfluido
La fuerza debida a la gravedad
se ve contrarrestada por:
- Fuerza de flotación
- Arrastre viscoso alrededor
de la partícula
1 d 2
Limpieza del Hoyo
IPM
6
mud Vpart g  ArrastreViscoso
d3
r parteVparteg  r
mud
part
r  r g (LEYDESTOKE)
s
slip
18 m
V 
s slip
part mud
r  r gp p
3pd mV

5. Schlumberger
Private
Leyde Stokes
– DeslizamientoNewtoniano)
m
2
part mud s
r  r d
Vslip 138
Expresada en unidades de campo:
Aplicable donde el número Reynolds de la partícula es <0.1
a
Limpieza del Hoyo
IPM
N
m

928r lodoVSlipdPartícula
Re

6. Schlumberger
Private
Deslizamiento en fluidos Newtonianos
Al aumentar el número
Reynolds, empieza a
dominar la Fricción
mud
part part mud
slip
r mud
slip
f
d
Resuelto Para VelocidadDeDeslizamiento
V
d
En unidades de Campo
r
r  r
V 1.89
r  r
f 3.57 parte part mud
2
 
2
Limpieza del Hoyo
IPM
2
r V 2
Vslip 
3
4 2
6
1
2
A*
Area*EnergíaCinética
slip
mud
part Mud slip
part mud
V
V
d
d3
*
1 r
f  Fuerza deArrastre Viscoso F
r
f  4
g
r part  r mud dpart
p
gp p
r  r

7. Schlumberger
Private
Deslizamientoen fluidos Newtonianos
Para resolver la ecuación:
VelocidadDeDeslizamiento  Fricción  Re ynolds  VelocidadDeDeslizamiento
Limpieza del Hoyo
IPM

8. Schlumberger
Private
Esfera Equivalente (Esfericida
) d
La esfericidad es el área de una esfera que contiene el mismo
volumen que la partícula dividida entre el área superficial de la
partícula.
Limpieza del Hoyo
IPM

9. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Ejemplo–1
 ¿Qué tan rápido se asentará en el agua una
arena de diámetro promedio de 0.02” con una
esfericidad de 0.81?

10. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Procedimientopara la solución
1. Calcular una aproximación a la velocidad de deslizamiento
utilizando la Ley de Stokes.
2. A partir de esa velocidad, calcular el Factor de Fricción y el
número Reynolds y colocarlos sobre la gráfica.
3. Usar las líneas inclinadas para moverse hacia arriba de la
Esfericidad de la partícula y para obtener la Fricción y el
Número de Reynolds correcto
4. Calcular la velocidad de deslizamiento correcta utilizando
la ecuación de fricción

11. Schlumberger
Private
Paso1:Cálculoaproximado de la
velocidad de deslizamiento
Vslip 0.736
Limpieza del Hoyo
IPM
1
2
part mud s
r  r d
slip
Vslip 138
V 138
m
2.6*8.338.330.022

12. Schlumberger
Private
Paso2:Cálculodel Factorde Fricciónydel Número
Reynolds para la Velocidadaproximada
8.33
0.02 2.6*8.338.33
f 3.57
0.7362
2
V mud
slip
f  3.57
dpart
r
r part  r mud
1
Limpieza del Hoyo
IPM

928*8.33*0.736*0.02
Re
N 114
f 0.211
Ingresar en la Gráfica f = 0.211 y Re = 114 y subiendo por la
línea diagonal hasta la esfericidad de 0.81, se encuentran los
valores correctos de Fricción y del Número de Reynolds:
F. de Fricción = 7 ------ Número de Reynolds = 20
Re
Re
N
N
a
m

928r mudVSlipdParticle

13. Schlumberger
Private
Paso3:Cálculode la VelocidadReal de Deslizamient
Vslip  0.1278 ft / sec
slip
0.02
*
(2.6*8.338.33)
7 8.33
V 1.89
mud
Limpieza del Hoyo
IPM
slip
f r
dpart r part  r mud
V 1.89

14. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Ejemplo– 2
 Si se detiene la circulación durante 60 minutos,
cuánto relleno habrá en el fondo si el fluido contiene el
2% por volumen de la arena del Ejemplo –1?

15. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Sugerencias para la solución
 Calcular la partícula más grande que puede
asentarse en 60 mins.
 ¿Qué tan alta será la pila de arena si tiene 40%
de porosidad después de que se asienta (es
decir, 60% de arena y 40% de agua) cuando su
concentración era del 2% por volumen en la
columna antes de asentarse (es decir, 2% de
arena y 98% de agua)?

16. Schlumberger
Private
Soluciónal Ejemplo
– 2
 La arena se asienta a 0.1278 ft/sec ó 7.67 ft.min
 En 60 minutos caerá arena al fondo desde una altura de
460 pies (7.67 pies/min x 60min = 460 pies)
 Si el volumen de arena es inicialmente del 2%, y la
porosidad de la arena asentada es del 40%, la altura del
relleno de arena desde el fondo del pozo se calcula
igualando la cantidad de arena antes de parar la bomba y
después de 60 minutos de asentamiento:
 Arena Suspendida en 460 pies = Arena asentada en 60 minutos
460x0.02  Alturax(1 0.4)
1 0.4
Limpieza del Hoyo
IPM
H 
460x0.02
15.3pies

17. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Problema– propuesto
 Se requiere colocar un tapón de arena sobre un obturador
dentro de una tubería de revestimiento de 7pulgadas 32#.
El equipo permite bombear 5% por volumen de arena que
es perfectamente esférica de diámetro de 0.028 pulgadas.
Si se quiere tener un tapón de 50 pies de altura, ¿cuánto
volumen de arena y salmuera hay qué bombear?
¿Cuánto tiempo se debe esperar antes de circular el agua
por arriba del tapón?
 Suponer que el tapón tendrá 40% de porosidad, que la
arena es de 2.65 de gravedad específica y que el peso de
la salmuera de 9 lbs/gal.

18. Schlumberger
Private
Una partícula de roca que caiga a través del lodo sólo se asentará
si puede vencer la resistencia gel del lodo. De no ser así, se
mantendrá suspendida.
Velocidad Deslizamiento NoNewtoniana
t gel 10.4ds r part
Limpieza del Hoyo
IPM
r mud 
 La fuerza de Gel del lodo requerida para
suspender partículas es proporcional al
tamaño y a la densidad de la partícula.
 Una vez que se han quebrado los geles,
la partícula se asentará lentamente por el
Flujo de Deslizamiento. No hay ningún
modelo para simular el Deslizamiento No
Newtoniano,

19. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Fuerza de Gel para Resistirel Asentamiento
Para el problema del Tapón de Arena, ¿a qué punto se
tiene que elevar la fuerza de gel si se quiere evitar el
asentamiento?
t gel 10.4ds r part  r mud 
10.4x0.028(2.6x8.33 8.33)
t gel 3.88 ó 4

20. Schlumberger
Private
Velocidad de DeslizamientoNoNewtoniano
Si el fluido se está moviendo, la partícula se asentará, con una
velocidad relacionada con la viscosidad y el grado de turbulencia
Vt = Va - Vs
donde
Vt = velocidad de transporte
Va = velocidad anular
Vs = Velocidad de Deslizamiento
Limpieza del Hoyo
IPM

21. Schlumberger
Private
Razónde Transporte
 Si la Velocidad Desprendimiento = 0 Proporción de Transporte =1
(limpieza perfecta)
 Si VDesprendimiento
asentamiento)
 Si VDesprendimiento
asentamiento)
= Va entonces FT será cero (no hay limpieza y no hay
> Va entonces FT será negativo (no hay limpieza, habrá
a
Limpieza del Hoyo
IPM
a
T
T
T
V
1
Vslip
V
V
F 
VelocidadAnular
RazóndeTransporte  F 
VelocidadDeTransporte

22. Schlumberger
Private
Velocidad de DeslizamientoNoNewtoniano
 Existen tres casos de Deslizamiento:
 El flujo relativo es Laminar
 El flujo relativo es Transicional
 El Flujo relativo es Turbulento
(Nre < 3)
(3< Nre< 300)
(Nre > 300)
 Para saberlo, se debe calcular el número Reynolds de la partícula
 El problema es encontrar la viscosidad a la velocidad de flujo relativo
(tasa de bombeo o gasto)
a
Limpieza del Hoyo
IPM
N
m

928r mudVSlipdParticle
Re

23. Schlumberger
Private
Correlación
de Moore
1 
n
Limpieza del Hoyo
IPM
n 

x
 
 Se aplica la Ley de Potencia (n y K) para encontrar
la viscosidad a la tasa (ó gasto) de flujo, después
se aplica para calcular el número Reynolds de la
partícula


K  d
 0.0208
 2 
144  Va
 d 
(1n)
 2 1 
ma 

24. Para Nre 3
Para flujo de transición:
Velocidad de Deslizamiento NoNewtoniano
2/3
Para 3  Nre  300
m a
parte p m
1/3
m 1/3
D r  r
s
V 2.9
r
Para flujo laminar:
D2
parter
a
m
 r 
p
s
V 82.87
m

25. Schlumberger
Private
Para flujo turbulento, la ecuación se convierte en:
Velocidad
deDeslizamiento
NoNewtonian
o

1/2
For NRe 300
Nótese que para calcular el número Reynolds se requiere una
Velocidad de Deslizamiento, así que la ecuación que va a usarse se
encuentra por ensayo y error
Limpieza del Hoyo
IPM
V 1.54
m
m
part p
D r  r
s
r

26. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Ejemplo
 ¿Cuál es la Razón de Transporte para recortes de lutita de
¼” de diámetro y gravedad específica de 2.6 gr/cc que se
mueven en un fluido de 9 lbs/gal el cual es bombeado para
dar una velocidad anular de 120 pies/min en un agujero de
12 ¼” con tubería de perforación de 5”? Las lecturas del
Viscosímetro Fan VG son:
3 2
6 3
100 13
200 22
300 30
600 50

27. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Sugerencias para la solución
 Encuentrar la Viscosidad Aparente a la Velocidad
Anular del fluido en el agujero
 Suponer una ecuación de correlación
 Calcular el la Velocidad de Deslizamiento y el
Número Reynolds para verificar la ecuación
usada
 Calcular la Velocidad de Transporte y la Razón
de Transporte correspondientes

28. Schlumberger
Private
Cálculode “n” y“K”
n 0.74
Limpieza del Hoyo
IPM
 
 30
 
q300
n  3.32Logq 600  3.32log 50
511n
K 152
5110.74
K 
510q300
51030

29. Schlumberger
Private
Cálculode la Viscosidad Aparente
ma 63.4
Limpieza del Hoyo
IPM
1
1 
n
 2 1 
144  Va
 d 
(1n)


0.74
0.0208 
* 


 2  
0.74

 
144  2
152 12.25 5
(10.74)
ma 

 0.0208
*
 

 2 
n 

K  d
ma 

30. Schlumberger
Private
Cálculodel Deslizamiento yNúmed
ro
e Reynolds
 Suponga un Flujo Transicional
Vs  0.476 ft /sec, or 28.6 ft / min
91/3
*63.41/3
2/3
m a
part p m
0.252.6*8.3392/3
Vs 2.9
1/3
m 1/3
D r  r
s
V 2.9
r

928*9*0.476*0.25
16
Limpieza del Hoyo
IPM
63.4
Re
Re
N
N
a
m

928r mudVSlipdParticle
Ya que es mayor que 3, la
opción para la ecuación fué
correcta

31. Schlumberger
Private
Cálculode la Razónde Transporte
120
Limpieza del Hoyo
IPM
FT 0.76 or 76%
F 1
28.6
V
V
V
T
a
1
Vslip
a
T
T
F 

32. Schlumberger
Private
Concentraciónde Recortey
sDEC
 En el espacio anular, hay una fracción f de recortes y
(1-f ) de lodo.
1471
(gpm)
d 2
*VelocidadDePenetración
144*60
2
(gpm)
h
Qs 
h
s
Q 0.7854d *VelocidadDePenetración*
 Al perforar, la barrena genera recortes
Qs Ab *VelocidadDePenetración
7.4805
annulus
Limpieza del Hoyo
IPM
Annulus
Qmud
annulus
Qs
T and V 
1 f A
fA
V 

33. Schlumberger
Private
Concentraciónde Recortes y ECD
Annular Mud Weight  r s f  r m (1 f )
Limpieza del Hoyo
IPM
Q d2
*ROP
Qs
V
VT
h t mud
s t mud d2
*ROP1471FQ
Q  FQ
f  s
 h
annulus
Qmud
fAannulus
1 f A
Annulus
T
F  

34. Schlumberger
Private
Ejemplo
 Para el ejemplo previo, ¿cuál es la fracción de volumen de
recortes en el lodo y cuál es la DEC anular si se está
perforando a 185 pies/hr?
Dh= 12.25 pulg, MW = 9 lbs/gal, Razón de Transporte = 0.75,
AV = 120 pies/min
 0.81847 ft2
h
144
0.785412.252
Qa  Ah *Va  0.818478*120*7.4805  735 gpm
A 
 0.0326
Limpieza del Hoyo
IPM
12.252
*185
d2
*VelocidadDePenetración 1471FQ
d2
*VelocidadDePenetración
2
12.25 *1851471*0.76*735
f 
h t mud
f  h

35. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Ejemplo– continuación
Densidad Anular deLodo  r s f  r m (1 f )
MWa  2.6x8.33x0.0326 9(1 0.0326)
MWa 9.42 ppg

36. Schlumberger
Private
Limpieza del Hoyo
IPM
Para prevenir problemas en el agujero, se acepta
recortes (o concentración de recortes) en
generalmente que la fracción de volumen de
el
espacio anular no debe exceder el 5%.
Por lo tanto, el programa de diseño para la
capacidad de transporte del lodo también debe
incluir una cifra para la concentración de recortes
de perforación en el espacio anular.
Concentracó
indeRecortesdePerforacó
i n

37. Schlumberger
Private
Efectode la Inclinaciónen la Eficiencia de Limpiez
30
20
10
0
40
0 10 20 30 40 50
Inclinación del Agujero, (grados)
60 70 80
Concentración
Total
de
Recortes,
(%)
Laminar 115'/min
Turb wtr 115'/min
Laminar 172'/min
Turb mud 115'/min
Laminar 229'/min
Turb m u d 229'/min
Flujo Laminar (lodo)
Flujo Turbulento (agua)
Flujo Turbulento (lodo)
Limpieza del Hoyo
IPM
PV = 19
PV = 1
PV = 3
YP = 17
YP = 0
YP = 2